Комбінований пристрій підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах

Реферат: Комбінований пристрій підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах, який складається з тиристорного джерела реактивної потужності з керованим реактором, основні обмотки якого поздовжньо ввімкнені в електричну мережу, а обмотки управління, поперечно ввімкнені в електричну мережу керованих вентилів тиристорного джерела реактивної потужності, з'єднані в "зірку" і підключені до фаз електричної мережі через обмотки управління реактора, послідовно з якими ввімкнені конденсаторні батареї, підключені до фаз некерованого випрямляча, навантаженого на обмотки підмагнічування реактора, додатково встановлено блок контролю мінімальної напруги, що містить підключений до клеми для з'єднання з мережею трансформатор, з'єднаний з ним вхідний перетворювач напруги, джерело опорної напруги, компаратор напруги, інтегруюче коло, пороговий блок, а також виконавчий орган. UA 90112 U (54) КОМБІНОВАНИЙ ПРИСТРІЙ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ У ТРИПРОВІДНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ UA 90112 U UA 90112 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Описана корисна модель належить до електротехніки, зокрема до трипровідних електричних мереж, і призначена для підвищення якості електропостачання промислових установок у трипровідних електричних мережах шляхом підвищення якості електроенергії біля електроприймачів і надійності їх роботи за рахунок обмеження струмів короткого замикання, компенсації реактивної потужності, регулювання напруги, компенсації вищих гармонік, вирівнювання струмів навантаження, симетрування напруг та контролю мінімальної напруги. Відомий пристрій для симетрування струмів та напруг мереж із нерівномірним навантаженням фаз [Авторське свідоцтво СРСР №586526, кл. H02J 3/26, 1977 рік], що містить до шести силових елементів та має поздовжнє і поперечне ввімкнення. Основний недолік цього пристрою полягає в низькій економічності і в неможливості використання одночасно для обмеження струмів короткого замикання, компенсації вищих гармонік, компенсації реактивної потужності, регулювання напруги та контролю мінімальної напруги, також відсутня можливість плавного регулювання показників якості електроенергії. Другий відомий пристрій для компенсації реактивної потужності [Патент Російської Федерації RU № 1520627, кл. H02J 3/18, 1987 рік], який містить чотири секції конденсаторних батарей із співвідношенням потужностей 1:2:4:8, конденсатори кожної секції з'єднані в трикутник і підключені у вузол навантаження за допомогою послідовно з'єднаних з ними зустрічнопаралельних тиристорів. Недоліки даного пристрою полягають у відсутності обмеження струмів короткого замикання, в низьких фільтруючих властивостях і в підвищеній генерації вищих гармонік. Відомий пристрій для підвищення якості електричної енергії [Авторське свідоцтво СРСР № 1823072, кл. H02J 3/18, 3/26, 1993 рік], який містить тиристорне джерело реактивної потужності, що виконано у вигляді тиристорного моста, в одну діагональ якого ввімкнено дві обмотки управління керованого реактора, а в іншу діагональ ввімкнений резистор, причому основні обмотки керованого реактора введені в електричну мережу послідовно. Недоліки пристрою: малий діапазон регулювання реактивної потужності, підвищена генерація вищих гармонік, відсутність контролю мінімальної напруги. Найбільш близьким до пропонованого пристрою по технічній суті та результату, що досягається, є пристрій підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах [Патент Російської Федерації RU №2046490 СІ, кл. H02J 3/18, H01F 37/00, H02J 3/26, 1995], що містить тиристорне джерело реактивної потужності з керованим реактором, основні обмотки якого поздовжньо ввімкнені в електричну мережу, а обмотки управління поперечно ввімкнені в електричну мережу. До недоліків цього пристрою належить відсутність контролю та регулювання мінімальної напруги. В основу корисної моделі поставлена задача розробити комбінований пристрій підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах, шляхом встановлення блока контролю мінімальної напруги, що дозволить забезпечити якісне електропостачання, підвищити надійність електропостачання та збільшити строк експлуатації електрообладнання. Поставлена задача вирішується тим, що в комбінованому пристрої підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах, який складається з тиристорного джерела реактивної потужності з керованим реактором, основні обмотки якого поздовжньо ввімкнені в електричну мережу, а обмотки управління, поперечно ввімкнені в електричну мережу керованих вентилів тиристорного джерела реактивної потужності, з'єднані в "зірку "і підключених до фаз електричної мережі через обмотки управління реактора, послідовно з якими ввімкнені конденсаторні батареї, підключені до фаз некерованого випрямляча, навантаженого на обмотки підмагнічування реактора, згідно корисної моделі, додатково встановлено блок контролю мінімальної напруги, що містить підключений до клеми для з'єднання з мережею трансформатор, з'єднаний з ним вхідний перетворювач напруги, джерело опорної напруги, компаратор напруги, інтегруюче коло, пороговий блок, а також виконавчий орган. Встановлення додаткового блока рівня напруги дозволяє підвищити надійність та якісного електропостачання споживачів електричної енергії шляхом виконання комбінованого контролю за всіма показниками, а саме компенсації реактивної потужності, компенсації вищих гармонік, регулювання напруги, симетрування струму і напруги навантаження, обмеження струмів короткого замикання, а також контролю рівня мінімальної напруги, що дозволить збільшити строк експлуатації електромереж. Суть пропонованого комбінованого пристрою підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах пояснюється кресленням, де на фіг. 1 - наведена схема електричних з'єднань комбінованого пристрою підвищення якості електропостачання в 1 UA 90112 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 трипровідних електричних мережах; на фіг. 2 - зображена конструктивна схема однієї фази магнітної системи керованого реактора з немагнітними проміжками; на фіг. 3 - блок схема пристрою управління симісторами керованого реактора; на фіг. 4 - функціональна схема блока контролю мінімальної напруги. Пристрій містить три керованих реактора, кожен з яких складається з двох основних обмоток 1, 2, з'єднаних згідно-послідовно, з поздовжнім ввімкненням в електричну мережу (Фіг. 1). До загальної точки з'єднання обмоток 1, 2 підключені конденсаторні батареї 3, з'єднані в трикутник, і послідовно з'єднані обмотки управління 4, 5. Інші виводи обмоток 4, 5 підключені до керованих вентилів (симісторів) 6, з'єднаних у зірку, і до фаз некерованого випрямного моста 7 через конденсаторні батареї 8. Випрямний міст навантажений на обмотки підмагнічування 9, 10 і резистор 11. Магнітна система 12 кожного керованого реактора виконана чотиристрижневою з немагнітними проміжками в кожному стрижні (Фіг. 2). Система вимірювання та управління симісторами 6 (Фіг. 3) складається з давача 15 струму (похідної струму), підключеного до виходу трансформаторів струму 13, фільтра вищих гармонік 16 і фільтра напруг зворотної і нульової послідовностей 17, з'єднаних з вторинними обмотками трансформатора напруги 14, перетворювача реактивної потужності 18, що має з'єднання з виходами трансформаторів струму 13 і трансформаторів напруги 14, та вимірювального блока напруги 19, підключеного до вторинних обмоток трансформатора напруги 14. Виходи вимірювальних блоків 15-19 через комутатор 20 і аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 21 підключені до входу програмованого контролера 22. Управління симісторами 6 здійснюється з виходу блока 24 імпульсно-фазового керування через цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) 23, підключений до виходу програмованого контролера 22 відповідно до закладеної в контролер програми. Блок контролю мінімальної напруги (Фіг. 4) містить підключений до трифазної мережі трансформатор 1, з'єднаний з ним вхідний перетворювач 2, що складається з двох трифазних випрямлячів з нульовим проводом для додатної 3 та від'ємної 4 полярностей. Виходи перетворювача підключені до перших входів компараторів напруги 5 і 6, другі входи яких підключені до джерела опорної напруги 7, безпосередньо компаратора 5 та через інвертор полярності напруги 8 компаратора 6. Виходи компараторів підключені до входів інтегруючих кіл 9 і 10, з'єднаних зі входом порогових елементів 11 і 12 відповідно. Виходи порогових елементів через схему АБО 13 з'єднані з входом розширювача імпульсів 14, вихід якого підключений до входу виконавчої частини 15. Працює комбінований пристрій підвищення якості електропостачання в трипровідних електричних мережах наступним чином. При виникненні короткого замикання в електричній мережі відбувається спрацьовування давача 15 струму (похідної струму), під дією якого програмований контролер 22 впливає через ЦАП 23 на блок 24 імпульсно-фазового управління. Забезпечується повне відкривання симісторів 6. Підмагнічування з реакторів, яке викликано протіканням випрямленого струму через обмотки 9, 10, знімається. Індуктивний опір реакторів, залежний від основних обмоток 1, 2 і згідно ввімкнених з обмотками 1, 2 обмоток 4, 5 управління, різко зростає, забезпечуючи ефективне обмеження струмів короткого замикання. Після зникнення (відключення) короткого замикання пристрій повертається в нормальний режим роботи. При повністю закритих симісторах 6 забезпечується максимальне підмагнічуванння магнітної системи 12 реакторів, їх індуктивний опір малий. Конденсаторні батареї 8 видають максимальну реактивну потужність в електричну мережу. Конденсаторні батареї 3 забезпечують базову компенсацію реактивної потужності, яка не змінюється в часі. Змінюючи кут управління симісторів 6 залежно від показань перетворювача 18 і вимірювального блока 19 під виливом блока 24, керованого контролером 22, забезпечують зміну реактивної потужності, що викликається конденсаторними батареями 8, ступеню підмагнічування магнітної системи 12 керованих реакторів, а отже, падіння напруги на обмотках 1, 2 реактора. Таким чином забезпечуються регулювання напруги на навантаженні і компенсація реактивної потужності. Компенсація напруг зворотної і нульової послідовностей у випадку несиметрії трипровідної електричної мережі забезпечується пофазним управлінням симісторами 6 під впливом блока 24 в залежності від вихідних сигналів контролера 22 і ЦАП 23 відповідно до показань фільтра 17 зворотної та нульової послідовностей напруг електричної мережі. До зміни схильні три поздовжніх індуктивних елементи (обмотки 1, 2), три поперечних індуктивних елементи (обмотки 4, 5), три ємнісних поперечних елементи (конденсаторні батареї 8), індуктивні елементи (обмотки 9, 10 підмагнічування) і активний елемент (резистор 11), які також мають поперечне ввімкнення через випрямний міст 7. 2 UA 90112 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Компенсація вищих гармонік забезпечується Т-подібним широкополюсним фільтром, що складається з основних обмоток 1, 2 реактора і кола, що містить послідовно ввімкнені обмотки 4, 5 управління, конденсаторні батареї 8, некерований випрямний міст 7, навантажений на резистор 11 і обмотки 9, 10 підмагнічування. Підстроювання смуги пропускання фільтра забезпечується зміною кута управління симісторами 6 згідно з показаннями фільтра 16, що впливає через комутатор 20 і АЦП 21 на контролер 22. Зміна кута управління симісторів 6 під дією безперервних вихідних сигналів блока 24 через ЦАП 23 здійснюється відповідно до алгоритму програм, закладеної у контролер 22, залежно від показань датчиків і блоків 15-19, підключених через комутатор 20 і АЦП 21 до входу контролера 22. Блок контролю мінімального напруги працює таким чином. При підключенні пристрою до трифазної мережі на виходах вхідного перетворювача 2 з'являються випрямлена незгладжена напруга додатної і від'ємної полярностей, що подаються на перші входи компараторів напруги 5 і 6 відповідно. На другі входи компараторів подається постійна напруга від джерела опорної напруги 7, причому на компаратор 5 безпосередньо, а на компаратор 6 через інвертор полярності напруги 8. Величина напруги джерела опорного напруги 7 визначає уставку спрацьовування пристрою при зниженні вихідних напруг перетворювача 2 нижче опорного (за абсолютною величині) на виходах компараторів з'являються імпульси, що подаються на інтегруючі кола 9 і 10, експоненціально змінюється напруга, з виходів інтегруючих ланцюгів 9 і 10 надходить на входи порогових пристроїв 11 і 12 відповідно. При спрацьовуванні останніх сигнали через схему АБО 13 запускають розширювач імпульсів 14, тривалість імпульсів якого вибирається такою, щоб забезпечити вироблення безперервного сигналу на виході при послідовних спрацюваннях хоча б одного порогового елемента. З виходу розширювача імпульсів сигнал надходить на вхід виконавчої частини 15, що забезпечує узгодження даного пристрою з інтими пристроями системи захисту, в якій воно використовується. Наявність в цьому пристрої двох каналів окремо для позитивної полярності і для негативної забезпечує надійну роботу при будь-якому співвідношенні фазах мережі. Час спрацювання пристрою при виборі рівня спрацьовування компараторів 5 і 6 становить близько 5 мс. Економічний ефект від застосування пристрою досягається за рахунок поліпшення технікоекономічних показників: зниження втрат електроенергії, підвищення терміну служби електроприймачів, зниження капітальних витрат, зниження збитку від ненадійності електропостачання за рахунок підвищення якості електроенергії та зниження рівнів струмів короткого замикання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Комбінований пристрій підвищення якості електропостачання у трипровідних електричних мережах, що містить тиристорне джерело реактивної потужності з керованим реактором, основні обмотки якого поздовжньо увімкнені в електричну мережу, а обмотки управління, поперечно увімкнені в електричну мережу керованих вентилів тиристорного джерела реактивної потужності, з'єднані в "зірку " і підключені до фаз електричної мережі через обмотки управління реактора, послідовно з якими увімкнені конденсаторні батареї, підключені до фаз некерованого випрямляча, навантаженого на обмотки підмагнічування реактора, який відрізняється тим, що додатково встановлено блок контролю мінімальної напруги, що містить підключений до клеми для з'єднання з мережею трансформатор, з'єднаний з ним вхідний перетворювач напруги, джерело опорної напруги, компаратор напруги, інтегруюче коло, пороговий блок, а також виконавчий орган. 3 UA 90112 U 4 UA 90112 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5